李元海， 杜建明,*， 劉 毅

0 引言

國(guó)內(nèi)隧道及地下工程自20世紀(jì)80年代以來(lái)得到了前所未有的發(fā)展，21世紀(jì)是隧道工程建設(shè)的黃金時(shí)期，鐵路隧道、公路隧道、地鐵隧道、水電隧洞以及跨江、跨海通道的建設(shè)都將進(jìn)入高峰期。與此同時(shí)，隧道工程面臨巨大的機(jī)遇與挑戰(zhàn)，山嶺隧道工程的地質(zhì)條件越來(lái)越復(fù)雜，煤礦巷道向深部不斷發(fā)展，城市地鐵建設(shè)如火如荼，海底隧道與輸油氣工程隧道方興未艾，城市地下管廊隧道悄然興起。大規(guī)模復(fù)雜的隧道工程修建勢(shì)必帶來(lái)諸如隧(巷)道軟巖大變形機(jī)制、長(zhǎng)大深隧道的突水突泥機(jī)制、深部復(fù)合地層TBM隧道穩(wěn)定性原理與控制、城市地鐵隧道交叉重疊及穿房過(guò)河引起的地層與周圍環(huán)境風(fēng)險(xiǎn)等諸多基礎(chǔ)科學(xué)與工程技術(shù)問(wèn)題，這些問(wèn)題的進(jìn)一步研究和解決可為未來(lái)隧道工程建設(shè)中的設(shè)計(jì)和施工提供更加可靠的理論依據(jù)與技術(shù)保障。

洪開(kāi)榮[1-2]總結(jié)分析了我國(guó)隧道及地下工程的現(xiàn)狀及其在各個(gè)方面的技術(shù)發(fā)展與創(chuàng)新； 王夢(mèng)恕[3]通過(guò)典型案例對(duì)我國(guó)盾構(gòu)掘進(jìn)技術(shù)存在的問(wèn)題進(jìn)行了總結(jié)分析； 馬建等[4]對(duì)我國(guó)隧道工程建設(shè)的發(fā)展歷程、現(xiàn)狀、技術(shù)發(fā)展與創(chuàng)新進(jìn)行了總結(jié)，并對(duì)未來(lái)發(fā)展趨勢(shì)進(jìn)行了分析； 何川等[5]對(duì)我國(guó)盾構(gòu)法修建地鐵隧道的技術(shù)問(wèn)題及未來(lái)發(fā)展趨勢(shì)進(jìn)行了闡述分析； 鄧濤等[6]系統(tǒng)論述了國(guó)內(nèi)外山嶺隧道振動(dòng)臺(tái)模型試驗(yàn)的研究現(xiàn)狀及發(fā)展趨勢(shì)； 葉飛等[7]對(duì)模型試驗(yàn)在盾構(gòu)隧道相關(guān)研究工作中的進(jìn)展和成果進(jìn)行了系統(tǒng)歸納和闡述。

當(dāng)前隧道工程設(shè)計(jì)與施工中的諸多理論和技術(shù)難題都需要進(jìn)行深入的探討和研究，物理相似模擬試驗(yàn)作為研究解決隧道工程相關(guān)問(wèn)題行之有效的方法必將得到進(jìn)一步的應(yīng)用和發(fā)展。一般來(lái)說(shuō)在滿足相似原理的前提下，隧道物理模擬試驗(yàn)?zāi)軌蚶孟嗨撇牧陷^為有效地模擬實(shí)際工程施工、結(jié)構(gòu)穩(wěn)定以及地層與周圍環(huán)境效應(yīng)等問(wèn)題，可以較真實(shí)地反映地質(zhì)構(gòu)造與工程結(jié)構(gòu)之間的空間關(guān)系以及隧道施工過(guò)程對(duì)工程本身和周圍環(huán)境的影響規(guī)律。

本文主要針對(duì)當(dāng)前國(guó)內(nèi)隧道工程物理模擬試驗(yàn)系統(tǒng)及其發(fā)展趨勢(shì)進(jìn)行了較為全面細(xì)致的總結(jié)、分類和闡述，并對(duì)當(dāng)前隧道工程物理模擬試驗(yàn)系統(tǒng)關(guān)鍵技術(shù)進(jìn)行了對(duì)比分析。最后，提出了以模型體積大小為依據(jù)的試驗(yàn)系統(tǒng)分類方法，可為隧道工程物理模擬試驗(yàn)系統(tǒng)的應(yīng)用及后續(xù)建設(shè)提供參考。

1 試驗(yàn)系統(tǒng)分類與特點(diǎn)

隧道工程物理模擬試驗(yàn)系統(tǒng)的分類對(duì)于系統(tǒng)使用與建設(shè)規(guī)模確定、技術(shù)難度分析、建設(shè)周期與費(fèi)用估算等都具有明確的指導(dǎo)意義，但目前尚無(wú)一個(gè)權(quán)威或統(tǒng)一的分類標(biāo)準(zhǔn)。試驗(yàn)系統(tǒng)分類是一個(gè)科學(xué)問(wèn)題，需綜合考慮多方面的因素。通過(guò)查閱文獻(xiàn)和總結(jié)分析，提出了一種試驗(yàn)系統(tǒng)分類方法，如圖1所示。即按試驗(yàn)?zāi)Ｐ腕w積將試驗(yàn)系統(tǒng)分為小型、中型、大型和超大型4類； 按模型體荷載分為自重型和離心型； 按加載動(dòng)力來(lái)源分為重力型(含自重)、電機(jī)型、液壓型(千斤頂或液壓枕)、氣壓型和復(fù)合型(如氣液結(jié)合)5類； 按加載的靜動(dòng)力狀態(tài)可分為靜力型和動(dòng)力型； 按模型端面加載維數(shù)分為單軸型、雙軸型和三軸型3類。

隧道工程物理模擬試驗(yàn)系統(tǒng)的研制與應(yīng)用多以大專院校、研究院所和企業(yè)技術(shù)中心為主。據(jù)相關(guān)單位研究文獻(xiàn)可知，隧道模型斷面多以正方形或接近正方形的矩形為主，通常按模型斷面最大尺寸(長(zhǎng)或?qū)抣)將試驗(yàn)系統(tǒng)分為小型(l≤0.5 m)、中型(l=0.5～1.0 m)、大型(l=1.0～2.0 m)和超大型(l>2.0 m)。然而，隨著隧道工程物理模擬試驗(yàn)系統(tǒng)的發(fā)展，圓柱體及不規(guī)則形狀體的模型越來(lái)越多，模型斷面已不局限于正方形或近似正方形，僅僅按模型斷面尺寸很難對(duì)現(xiàn)有試驗(yàn)系統(tǒng)的多樣類型進(jìn)行準(zhǔn)確劃分。

圖1 隧道工程物理模擬試驗(yàn)系統(tǒng)分類

Fig. 1 Classification of physical simulation experiment system for tunnel engineering

眾所周知，在相似模型試驗(yàn)分類中，相似比作為一個(gè)重要的分類指標(biāo)，可以用來(lái)準(zhǔn)確計(jì)算模型體積的大小，但相似比為原型與模型尺寸之比，是一個(gè)相對(duì)概念。在隧道物理模擬試驗(yàn)中，模型體積越大，所需相似材料越多，費(fèi)用越高，難度越大，制備周期越長(zhǎng)，故模型體積能夠較為全面地反映試驗(yàn)系統(tǒng)的規(guī)模、試驗(yàn)實(shí)施難度以及費(fèi)用成本等關(guān)鍵要素，概念更為直觀。因此，本文根據(jù)模型體積提出了一種新的試驗(yàn)系統(tǒng)分類方法，即按模型體積(V)的大小將隧道工程物理模擬試驗(yàn)系統(tǒng)分為小型(V<0.125 m3)、中型(V=0.125～1.0 m3)、大型(V=1.0～8.0 m3)和超大型(V≥8.0 m3)試驗(yàn)系統(tǒng)。

1.1 小型試驗(yàn)系統(tǒng)

目前國(guó)內(nèi)主要的小型隧道物理模擬試驗(yàn)系統(tǒng)見(jiàn)表1。其中，中國(guó)礦業(yè)大學(xué)研制的透明巖體隧道物理模擬試驗(yàn)系統(tǒng)[8]如圖2所示，其試驗(yàn)機(jī)本質(zhì)上是一套小型的單軸10 t加載設(shè)備，使用透明巖體相似材料，考慮到加載能力與模型透明度的問(wèn)題，采用的模型尺寸較小(0.40 m×0.35 m×0.15 m)，配合數(shù)字照相量測(cè)技術(shù)可實(shí)現(xiàn)模型內(nèi)部變形的直接量測(cè)； 解放軍理工大學(xué)研制的深長(zhǎng)隧道突水地質(zhì)災(zāi)害三維模型試驗(yàn)系統(tǒng)[9]中，模型尺寸(徑×高)為0.4 m×0.3 m，該系統(tǒng)通過(guò)水壓加載技術(shù)將壓力水經(jīng)管道注入積水腔中，以模擬地下水體壓力。

此外，紐約大學(xué)Ahmed等[13]自制了透明土盾構(gòu)隧道物理模擬試驗(yàn)系統(tǒng)，模型尺寸為0.31 m×0.25 m×0.20 m，隧道直徑為0.025 m，利用該系統(tǒng)可對(duì)盾構(gòu)隧道掌子面的土體變形進(jìn)行試驗(yàn)研究； 英國(guó)倫敦大學(xué)研發(fā)了由2個(gè)組合式銅制圓環(huán)、18根長(zhǎng)螺絲和12根短螺栓組成的小型組合式隧道襯砌模型，通過(guò)長(zhǎng)螺絲可對(duì)內(nèi)圓環(huán)進(jìn)行均布加載，進(jìn)而模擬隧道襯砌的受力情況，Standing等[14]利用該模型對(duì)隧道襯砌(外徑47.29 mm)在不同受力狀態(tài)下的變形進(jìn)行了研究分析； 美國(guó)倫斯勒理工學(xué)院研制的離心試驗(yàn)機(jī)，加速度高達(dá)70g(g為重力加速度)，美國(guó)曼哈頓大學(xué)Anirban等[15]利用該離心機(jī)對(duì)作為地下隧道襯砌保護(hù)層的聚氨酯泡沫在地表爆破沖擊作用下的效果進(jìn)行了研究分析，試驗(yàn)?zāi)Ｐ统叽鐬?1.3 m×27.6 m×(17～20) m，幾何相似比為1∶70。

一般來(lái)說(shuō)，小型試驗(yàn)系統(tǒng)的模型尺寸較小、制作方便，研究、設(shè)計(jì)和制作周期相對(duì)較短，研制成本和制造費(fèi)用較低，占地空間較小，使用方便。

表1 國(guó)內(nèi)主要小型隧道物理模擬試驗(yàn)系統(tǒng)

圖2 透明巖體隧道物理模擬試驗(yàn)系統(tǒng)

1.2 中型試驗(yàn)系統(tǒng)

國(guó)內(nèi)主要的中型隧道物理模擬試驗(yàn)系統(tǒng)見(jiàn)表2。山東大學(xué)研制的高地應(yīng)力真三維加載模型試驗(yàn)系統(tǒng)[16]的模型尺寸為0.6 m×0.6 m×0.6 m，該系統(tǒng)采用雙缸回油卸壓方式，可進(jìn)行加卸載試驗(yàn)，并可通過(guò)分時(shí)控制實(shí)現(xiàn)模型一維、二維和三維加載； 清華大學(xué)研制的土工離心機(jī)振動(dòng)臺(tái)試驗(yàn)系統(tǒng)[18]通過(guò)振動(dòng)臺(tái)可用于模擬隧道工程地震動(dòng)力響應(yīng)； 中國(guó)礦業(yè)大學(xué)研制的深部隧道物理模擬試驗(yàn)系統(tǒng)[23]如圖3所示，其采用框架式結(jié)構(gòu)+分布式真空回油的扁油缸液壓加載方式，模型端面最大加載量為100 t，結(jié)構(gòu)緊湊、占地空間較小，由于模型加載與穩(wěn)壓時(shí)間較短，并沒(méi)有采用復(fù)雜的伺服系統(tǒng)，而采用氣驅(qū)增壓泵自動(dòng)控制加載與穩(wěn)壓系統(tǒng)。

此外，伊朗大不里士大學(xué)研制的隧道模型離心試驗(yàn)系統(tǒng)模型尺寸為0.7 m×0.5 m×0.4 m，Kiani等[26]利用該系統(tǒng)對(duì)隧道垂直正斷層時(shí)的變形破壞機(jī)制進(jìn)行了研究分析； 英國(guó)諾丁漢大學(xué)研制的磚砌隧道試驗(yàn)系統(tǒng)中先進(jìn)的激光掃描和攝影攝像技術(shù)可以實(shí)現(xiàn)隧道變形的精細(xì)化量測(cè)和襯砌破壞的有效觀測(cè)，Chen等[27]利用該系統(tǒng)(模型尺寸2.0 m×0.33 m×1.5 m)對(duì)磚砌隧道的穩(wěn)定性進(jìn)行了試驗(yàn)研究。

與小型試驗(yàn)系統(tǒng)相比，中型試驗(yàn)系統(tǒng)模型尺寸適中，使用率較高，但其研究、設(shè)計(jì)和制作周期較長(zhǎng)、費(fèi)用較高。

表2 國(guó)內(nèi)主要中型隧道物理模擬試驗(yàn)系統(tǒng)

表2(續(xù))

(a) 二維模型臺(tái)架 (b) 平面模型系統(tǒng) (c) 真三維模型系統(tǒng)

圖3深部隧道物理模擬試驗(yàn)系統(tǒng)(單位： mm)

Fig. 3 Physical simulation experiment systems for deep tunnels (unit: mm)

1.3 大型試驗(yàn)系統(tǒng)

目前國(guó)內(nèi)主要大型隧道物理模擬試驗(yàn)系統(tǒng)見(jiàn)表3。其中，山東大學(xué)研制的超高壓智能數(shù)控真三維加載模型試驗(yàn)系統(tǒng)[28]模型尺寸為1.5 m×1.5 m×0.5 m，其超高壓加載系統(tǒng)由33個(gè)獨(dú)立加載單元(1個(gè)5 000 kN的液壓千斤頂和1個(gè)傳力塊組成)構(gòu)成，可對(duì)超埋深隧道的變形破壞機(jī)制進(jìn)行試驗(yàn)研究； 同濟(jì)大學(xué)研制的準(zhǔn)平面隧道工程物理模型試驗(yàn)系統(tǒng)[31]模型尺寸為2.0 m×2.0 m×0.4 m，該系統(tǒng)可提供多組荷載分布施加方案，但僅能進(jìn)行二維準(zhǔn)平面應(yīng)變的模型試驗(yàn)； 山東大學(xué)研制的另一個(gè)海底隧道流-固耦合模型試驗(yàn)系統(tǒng)[33]模型尺寸達(dá)到2.4 m×2.4 m×0.8 m，該系統(tǒng)采用新型流-固耦合相似材料及高強(qiáng)度可視化玻璃組成可視箱，為模擬地下水及巖體的真實(shí)耦合作用提供可視條件。

大型試驗(yàn)系統(tǒng)能較真實(shí)地反映工程地質(zhì)條件，但研究、設(shè)計(jì)和制作周期長(zhǎng)、費(fèi)用高，且大多數(shù)試驗(yàn)臺(tái)架整體尺寸較大，利用率偏低。

表3 國(guó)內(nèi)主要大型隧道物理模擬試驗(yàn)系統(tǒng)

表3(續(xù))

1.4 超大型試驗(yàn)系統(tǒng)

目前國(guó)內(nèi)主要超大型隧道物理模擬試驗(yàn)系統(tǒng)見(jiàn)表4。其中，山東大學(xué)研制的組合式三維地質(zhì)力學(xué)模型試驗(yàn)系統(tǒng)[38]模型最大尺寸為4.0 m×3.0 m×6.0 m，臺(tái)架裝置可根據(jù)試驗(yàn)需要自由組合，頂部完全開(kāi)放，可用于模擬隧道工程中實(shí)際的地形地貌特征； 上海隧道股份公司研制的盾構(gòu)掘進(jìn)物理模型試驗(yàn)系統(tǒng)[39]，可對(duì)盾構(gòu)隧道地質(zhì)適應(yīng)性、土壓平衡等關(guān)鍵技術(shù)進(jìn)行試驗(yàn)研究； 西南交通大學(xué)研制的盾構(gòu)掘進(jìn)試驗(yàn)系統(tǒng)[40]可實(shí)現(xiàn)盾構(gòu)始發(fā)、刀盤切削和渣土排放等基本功能的模擬；盾構(gòu)及掘進(jìn)技術(shù)國(guó)家重點(diǎn)試驗(yàn)室研制的盾構(gòu)施工模態(tài)試驗(yàn)系統(tǒng)主要由機(jī)械、液壓加載、水壓調(diào)節(jié)和計(jì)算機(jī)控制及輔助系統(tǒng)組成。

超大型物理模型試驗(yàn)系統(tǒng)的優(yōu)點(diǎn)是能最大程度地減小邊界效應(yīng)，試驗(yàn)結(jié)果接近實(shí)際工程效應(yīng)，但超大型試驗(yàn)系統(tǒng)的研究、設(shè)計(jì)和制作周期漫長(zhǎng)，模型制作困難，需耗費(fèi)大量的人力和物力，且試驗(yàn)系統(tǒng)的長(zhǎng)時(shí)間閑置問(wèn)題比較突出。

表4 國(guó)內(nèi)主要超大型隧道物理模擬試驗(yàn)系統(tǒng)

綜上所述，超大型、大型物理模擬試驗(yàn)系統(tǒng)能最大程度地模擬工程實(shí)際條件，但試驗(yàn)費(fèi)用高、周期長(zhǎng)； 中小型試驗(yàn)系統(tǒng)不僅費(fèi)用低、周期短，而且容易實(shí)現(xiàn)模型制作的精致化、加載控制的精確化以及測(cè)量的精細(xì)化。因此，在新系統(tǒng)建設(shè)中可將中小型試驗(yàn)系統(tǒng)作為一個(gè)主要的比選方案。

2 試驗(yàn)系統(tǒng)關(guān)鍵技術(shù)

試驗(yàn)系統(tǒng)的關(guān)鍵技術(shù)包括： 相似材料的選取、加載控制系統(tǒng)的穩(wěn)定性、應(yīng)力與應(yīng)變量測(cè)的準(zhǔn)確性以及開(kāi)挖支護(hù)方式的選擇等。

2.1 相似材料

模型試驗(yàn)成敗的前提條件是相似材料的選取是否合理，材料的性質(zhì)是否能夠準(zhǔn)確地反映研究對(duì)象的主要物理力學(xué)特征。相似材料按功能一般可以分為骨料、膠結(jié)劑和調(diào)節(jié)劑3部分，骨料和膠結(jié)劑對(duì)材料性能起“總體控制”作用，調(diào)節(jié)劑對(duì)材料某項(xiàng)參數(shù)的性能起“單項(xiàng)調(diào)節(jié)”作用。為方便分析，本文將相似材料按標(biāo)準(zhǔn)試件的單軸抗壓強(qiáng)度σc大致分為高強(qiáng)度(σc>1.5 MPa)、中強(qiáng)度(σc=0.7～1.5 MPa)、低強(qiáng)度(σc≤0.7 MPa)3類。目前隧道工程模擬常用的普通相似材料和透明相似材料分別見(jiàn)表5和表6。

2.2 加載控制

物理模型試驗(yàn)的順利進(jìn)行與加載控制系統(tǒng)是否穩(wěn)定密切相關(guān)。根據(jù)模型試驗(yàn)加載邊界條件，加載方式可分為剛性加載和柔性加載2種；根據(jù)加載動(dòng)力來(lái)源可分為重力加載、電機(jī)加載、液壓加載、氣壓加載和復(fù)合加載5種。隧道模擬試驗(yàn)常用的加載方式見(jiàn)表7。

表5 隧道工程模擬常用的普通相似材料

表6 隧道工程模擬常用的透明相似材料

表7 隧道模擬試驗(yàn)常用的加載方式

2.3 應(yīng)力與應(yīng)變量測(cè)

應(yīng)力與應(yīng)變是隧道物理模型的重要力學(xué)參數(shù)，也是試驗(yàn)中需要獲取的基礎(chǔ)數(shù)據(jù)。應(yīng)力值一般可通過(guò)測(cè)量元件直接量測(cè)，也可利用元器件測(cè)得的應(yīng)力-應(yīng)變關(guān)系求解得到。應(yīng)力的量測(cè)方法主要有應(yīng)變片電測(cè)法、電阻應(yīng)變塊、光纖光柵法、光彈法和微型土壓力盒(包括薄膜土壓力計(jì)、膜式土壓力盒等)。試驗(yàn)中常用的應(yīng)力與應(yīng)變量測(cè)技術(shù)見(jiàn)表8。

表8 主要應(yīng)力與應(yīng)變量測(cè)技術(shù)

2.4 位移、變形量測(cè)

位移或變形是隧道工程圍巖與其所處應(yīng)力環(huán)境及環(huán)境變化相互作用的結(jié)果，是分析和評(píng)價(jià)隧道工程安全穩(wěn)定性最常用的指標(biāo)，也是試驗(yàn)中最重要的量測(cè)內(nèi)容。位移量測(cè)方法主要有千分尺、網(wǎng)格法、LVDT位移傳感器、微型多點(diǎn)位移計(jì)和數(shù)字照相變形量測(cè)技術(shù)等。隧道模型試驗(yàn)中主要位移量測(cè)方法見(jiàn)表9。

表9隧道模擬試驗(yàn)中主要位移量測(cè)方法

Table 9 Main displacement measurement methods for tunnel simulation experiment

名稱優(yōu)點(diǎn)缺點(diǎn)位移計(jì)或千分尺應(yīng)用范圍大，精度較高 對(duì)模型擾動(dòng)大，測(cè)點(diǎn)數(shù)量有限網(wǎng)格法網(wǎng)格繪制簡(jiǎn)單 需手工繪制網(wǎng)格與量算，精度較低LVDT位移傳感器使用簡(jiǎn)單，精度高 對(duì)模型存在干擾，測(cè)點(diǎn)數(shù)量有限微型多點(diǎn)位移計(jì) 可測(cè)內(nèi)部位移，受外界影響小 器件結(jié)構(gòu)復(fù)雜，制作困難 數(shù)字照相變形量測(cè)技術(shù) 非接觸，全域精細(xì)化，精度高，可計(jì)算應(yīng)變 要求能通過(guò)相機(jī)鏡頭可視觀測(cè)面

2.5 開(kāi)挖支護(hù)

目前，隧道模擬開(kāi)挖一般有人工和機(jī)械2種方式。人工開(kāi)挖可以比較靈活地調(diào)整隧道形狀，但成型效果差，開(kāi)挖效率低； 而機(jī)械開(kāi)挖操作簡(jiǎn)單、成型好、效率高，但形狀多局限于圓形。李利平等[41]研制的由可伸縮式長(zhǎng)鏟、錨桿定位器以及混凝土施作器組成的開(kāi)挖裝置以及李浪等[9]研制的步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)切削刀盤，對(duì)隧道開(kāi)挖裝置的研制有著重要的借鑒意義。

對(duì)于隧道支護(hù)結(jié)構(gòu)來(lái)說(shuō)，一般根據(jù)等效抗拉或抗彎剛度原則選用鋁絲、銅絲或鐵絲等模擬錨桿或鋼架，選用石膏和硅藻土或塑料等混合料模擬混凝土或襯砌。例如： 李術(shù)才等[45]利用幾何和力學(xué)相似比接近的銅絲、鐵絲等模擬錨桿(索)，李元海等[23]采用石膏模擬隧道開(kāi)挖后的二次襯砌。

2.6 加載與開(kāi)挖方式

根據(jù)研究問(wèn)題的不同，加載與開(kāi)挖方式主要有“先加載后開(kāi)挖”和“先開(kāi)挖后加載”2種方式。一般而言，若研究隧道開(kāi)挖和地應(yīng)力影響問(wèn)題，推薦采用“先加載后開(kāi)挖”的方式，這種方式更加接近實(shí)際工程施工條件； 若研究采動(dòng)應(yīng)力對(duì)礦山巷道的影響問(wèn)題，則可以采用“先開(kāi)挖后加載”的方式，因?yàn)椴蓜?dòng)應(yīng)力一般多在巷道開(kāi)挖支護(hù)完成之后出現(xiàn)。

3 試驗(yàn)系統(tǒng)研究問(wèn)題分析

3.1 圍巖變形規(guī)律與機(jī)制

圍巖變形規(guī)律與機(jī)制一直是國(guó)內(nèi)外學(xué)者研究的主要問(wèn)題。通過(guò)物理模擬試驗(yàn)系統(tǒng)可以有效研究隧道圍巖變形的時(shí)空演化過(guò)程與變形模式和機(jī)制。目前的相關(guān)研究主要有： 李樹(shù)忱等[46]采用大型三維模型試驗(yàn)系統(tǒng)對(duì)深部多組裂隙巖體在開(kāi)挖強(qiáng)卸荷作用下的圍巖變形破壞規(guī)律進(jìn)行了研究； 李為騰等[47]對(duì)壓型錨索箱梁支護(hù)系統(tǒng)作用下的巷道圍巖變形破壞機(jī)制進(jìn)行了大比尺模型試驗(yàn)； 林志斌等[48]采用透明巖體試驗(yàn)方法對(duì)深埋軟巖巷道圍巖內(nèi)部變形規(guī)律與機(jī)制進(jìn)行了試驗(yàn)研究。

3.2 隧道開(kāi)挖方法優(yōu)化

根據(jù)圍巖條件和環(huán)境控制要求，隧道開(kāi)挖方法一般有全斷面法、臺(tái)階法、分部法、盾構(gòu)法與TBM法等。正確選擇開(kāi)挖方法是隧道安全施工的前提，試驗(yàn)研究的主要內(nèi)容是進(jìn)行方法比選和優(yōu)化工藝參數(shù)。對(duì)于復(fù)雜的隧道工程地質(zhì)條件，合理優(yōu)化現(xiàn)有的施工方法是保證隧道工程安全快速施工的重要前提。目前的相關(guān)研究主要有： 譚忠盛等[49]通過(guò)物理模型試驗(yàn)對(duì)管幕支護(hù)條件下不同的開(kāi)挖方法進(jìn)行了對(duì)比分析； 劉泉聲等[50]以重慶軌道交通3號(hào)線為工程背景，對(duì)十字巖柱暗挖大斷面隧道開(kāi)挖工序進(jìn)行了優(yōu)化試驗(yàn)研究。

3.3 隧道支護(hù)方法優(yōu)化

隧道支護(hù)主要包括以錨噴支護(hù)或鋼拱架為主的初期支護(hù)、以模板混凝土或管片為主的二次支護(hù)以及小導(dǎo)管和大管棚超前支護(hù)等。合理選擇支護(hù)方式、確定支護(hù)參數(shù)是確保隧道穩(wěn)定的前提條件。目前的相關(guān)研究主要有： 何川等[51]對(duì)南京長(zhǎng)江盾構(gòu)隧道超大斷面單層裝配式管片襯砌在高水壓條件下的力學(xué)行為特征、結(jié)構(gòu)與周圍土體的相互作用關(guān)系進(jìn)行了相似模擬試驗(yàn)研究； 郭璇等[52]通過(guò)自主設(shè)計(jì)的平面準(zhǔn)應(yīng)變模型試驗(yàn)系統(tǒng)對(duì)管棚預(yù)支護(hù)(120°和150°布置)條件下的地表沉降規(guī)律進(jìn)行了研究分析。

3.4 隧道開(kāi)挖災(zāi)害問(wèn)題

如何合理模擬隧道開(kāi)挖過(guò)程中出現(xiàn)的災(zāi)害問(wèn)題(突水突泥、巖爆、斷層塌方等)也是物理模擬試驗(yàn)研究的主要內(nèi)容。目前的相關(guān)研究主要有： 李浪等[9]采用深長(zhǎng)隧道突水地質(zhì)災(zāi)害三維模型試驗(yàn)系統(tǒng)對(duì)隧道突水成災(zāi)時(shí)的最小安全隔水巖層厚度進(jìn)行了研究； 李天斌等[53]利用具有巖爆傾向的相似材料制作了大尺寸模型，對(duì)采取后開(kāi)孔成洞方式的隧洞進(jìn)行了巖爆物理模擬試驗(yàn)； 徐前衛(wèi)等[54]對(duì)跨斷層破碎帶隧道施工過(guò)程中圍巖的漸進(jìn)性破壞過(guò)程及受力變形特征進(jìn)行了試驗(yàn)研究。

3.5 “長(zhǎng)大深”及海底隧道問(wèn)題

模型試驗(yàn)主要用來(lái)合理模擬工程所處的高地應(yīng)力環(huán)境影響、大型斷面與超長(zhǎng)隧道的結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性以及水環(huán)境下的水壓作用與流-固耦合作用。胡指南等[55]采用局部相似裝配式剪力鍵方案，利用模型試驗(yàn)對(duì)超長(zhǎng)海底沉管隧道在不均勻沉降及不均勻荷載作用下節(jié)段接頭的作用機(jī)制進(jìn)行了研究分析； 李利平等[41]采用研制的大型三維均勻梯度加載模型試驗(yàn)系統(tǒng)對(duì)超大斷面隧道圍巖隨埋深逐漸增加的漸進(jìn)性破壞過(guò)程進(jìn)行了模擬分析； 張強(qiáng)勇等[28]開(kāi)展了超埋深隧(巷)道的三維地質(zhì)力學(xué)模型試驗(yàn)研究； 李術(shù)才等[33]以青島膠州灣海底隧道工程為背景，采用新型流-固耦合相似材料對(duì)海底隧道涌水量與巖石覆蓋厚度和海水深度的關(guān)系進(jìn)行了研究分析。

3.6 隧道施工環(huán)境影響問(wèn)題

地鐵隧道施工中帶來(lái)的環(huán)境問(wèn)題比較突出，隧道施工過(guò)程中如何保證工程本身、地面與地下鄰近建(構(gòu))筑物的安全是物理模擬試驗(yàn)研究的主要問(wèn)題。臧宏陽(yáng)等[56]對(duì)盾構(gòu)隧道施工時(shí)上覆地層的沉降特點(diǎn)進(jìn)行了試驗(yàn)分析； 何川等[57]對(duì)地鐵盾構(gòu)隧道重疊下穿施工引起的上方已建隧道圍巖變形破壞規(guī)律進(jìn)行了試驗(yàn)?zāi)M研究； 韓立忠[58]通過(guò)離心試驗(yàn)對(duì)某地鐵越江隧道的地基沉降規(guī)律進(jìn)行了試驗(yàn)分析。

4 存在問(wèn)題及發(fā)展方向

4.1 存在的問(wèn)題

1)系統(tǒng)規(guī)模。目前，大型、超大型試驗(yàn)系統(tǒng)模型制作周期長(zhǎng)、費(fèi)用高、所需人員多，且存在一定的閑置問(wèn)題，利用率較低。

2)試驗(yàn)?zāi)Ｐ汀２捎贸Ｓ玫南嗨撇牧现谱鞯脑囼?yàn)?zāi)Ｐ蛢?nèi)部不可見(jiàn)，難以實(shí)現(xiàn)模型內(nèi)部變形的直接觀測(cè)，透明巖土材料主要以模擬軟巖、砂土和黏土為主，因此需進(jìn)一步研究拓展巖土材料的模擬范圍。

3)加載控制。剛性加載強(qiáng)度大，屬于“位移加載”方式，即加載面位移保持均勻，應(yīng)力不均勻，使得模型邊界位移一致，與實(shí)際受力不符； 柔性加載屬于“應(yīng)力加載”方式，即加載過(guò)程保持加載面應(yīng)力均勻，位移不均勻，柔性加載有利于提高試驗(yàn)精度，減小邊界效應(yīng)影響范圍，但其行程小、加載強(qiáng)度低。

4)量測(cè)技術(shù)。以傳統(tǒng)傳感器為主的接觸式位移量測(cè)方法在一定程度上會(huì)影響模型完整性，且會(huì)不同程度地干擾模型的力學(xué)行為。為了減少對(duì)模型的干擾，對(duì)于模型內(nèi)部應(yīng)力量測(cè)所需要的壓力傳感器需要在尺寸方面進(jìn)一步微型化。

5)支護(hù)模擬。對(duì)于隧道支護(hù)，例如： 錨桿或錨索主要采用與其材料力學(xué)性質(zhì)相近的銅絲、鋁絲等模擬，混凝土或襯砌采用石膏、硅藻土和塑料等混合料模擬。支護(hù)模擬方法主要有先開(kāi)挖后支護(hù)和先預(yù)埋支護(hù)體后開(kāi)挖2種。先開(kāi)挖后支護(hù)主要適用于錨桿(索)支護(hù)； 先預(yù)埋后開(kāi)挖主要適用于管片襯砌類支護(hù)，但其會(huì)影響模型的完整性且在預(yù)壓過(guò)程中可能會(huì)發(fā)生變形。

6)環(huán)境模擬。隧道工程所處地質(zhì)環(huán)境復(fù)雜多變，如水環(huán)境、溶洞、地裂縫等。由于復(fù)雜地質(zhì)條件的獨(dú)特性，如海底隧道上覆無(wú)限水體、溶洞形狀大小各異、隱伏溶洞的隱蔽性、地裂縫結(jié)構(gòu)形式多種多樣以及爆破振動(dòng)影響的不確定性等，需要合理簡(jiǎn)化這些不利地質(zhì)條件，準(zhǔn)確模擬其主要影響特征。

4.2 發(fā)展方向

1)物理試驗(yàn)系統(tǒng)精致化。中小型試驗(yàn)系統(tǒng)由于設(shè)計(jì)制作周期短、費(fèi)用低、使用方便、經(jīng)濟(jì)高效、利用率較高，且比較容易使試驗(yàn)框架結(jié)構(gòu)更緊湊、模型更精致、控制更精確以及測(cè)量更精細(xì)等，有望成為使用率最高的物理模型試驗(yàn)系統(tǒng)。

2)物理試驗(yàn)?zāi)Ｐ屯该骰ｋS著透明巖土相似材料的進(jìn)一步研究，如由均質(zhì)地層到復(fù)合地層的模擬、由軟巖向中硬巖的拓展，隧道物理模型透明化的方法有望不斷發(fā)展，配合數(shù)字照相量測(cè)技術(shù)，將實(shí)現(xiàn)模型內(nèi)部變形的全方位精細(xì)可視化。此外，運(yùn)用3D打印技術(shù)制作模型，具有制作速度快、精度高、費(fèi)用低、無(wú)需模具、形狀不受限制等優(yōu)點(diǎn)，其與透明巖土材料將成為制作透明隧道模型的2個(gè)主要技術(shù)。

3)加載控制方式靈活化。電機(jī)加載占地空間小、纜線少，利于環(huán)境整潔，且試驗(yàn)費(fèi)用低、操作方便，配合尺寸適中的模型可對(duì)較大埋深位置的隧(巷)道進(jìn)行模型試驗(yàn)研究。對(duì)于中小型試驗(yàn)系統(tǒng)，電機(jī)加載更加靈活且更易于精確控制，可以作為中小型試驗(yàn)系統(tǒng)加載控制的優(yōu)選技術(shù)。

4)數(shù)字照相量測(cè)標(biāo)配化。數(shù)字照相量測(cè)主要采用相機(jī)作為數(shù)據(jù)采集設(shè)備，利用計(jì)算機(jī)進(jìn)行圖像處理與分析，能夠?qū)崿F(xiàn)隧道模型全域變形的非接觸精細(xì)通用量測(cè)。同時(shí)，結(jié)合專業(yè)算法研究，其也可以實(shí)現(xiàn)巖土材料局部化變形(如巖土裂隙、圍巖松動(dòng)圈和剪切帶等)的專業(yè)分析[30]，將逐漸成為隧道模型試驗(yàn)的標(biāo)配量測(cè)技術(shù)。

5)開(kāi)挖支護(hù)方式合理化。目前對(duì)隧道支護(hù)開(kāi)挖前預(yù)埋與開(kāi)挖后安裝的模擬都存在一些問(wèn)題，難以準(zhǔn)確有效地模擬支護(hù)結(jié)構(gòu)的作用，需進(jìn)一步研究更加合理的支護(hù)模擬方法。此外，由于盾構(gòu)法和TBM法在隧道工程中的廣泛應(yīng)用，其開(kāi)挖、支護(hù)、注漿等一體化的整體模擬裝置也需進(jìn)一步研究。

6)隧道多場(chǎng)耦合模擬法。隧道工程處于復(fù)雜地質(zhì)環(huán)境中，會(huì)涉及應(yīng)力場(chǎng)、溫度場(chǎng)、滲流場(chǎng)或地震場(chǎng)等多場(chǎng)相互作用的問(wèn)題。對(duì)于復(fù)雜隧道工程的試驗(yàn)研究，若忽略多場(chǎng)之間的耦合作用，試驗(yàn)結(jié)果與工程實(shí)際情況則會(huì)產(chǎn)生較大的差別。因此，多場(chǎng)耦合作用的模擬方法是隧道工程物理模擬試驗(yàn)研究的一個(gè)發(fā)展方向。

5 結(jié)論與建議

1)提出了一種基于模型體積大小的隧道工程物理試驗(yàn)系統(tǒng)分類方法，即將試驗(yàn)系統(tǒng)分為小型(V<0.125 m3)、中型(V=0.125～1.0 m3)、大型(V=1.0～8.0 m3)和超大型(V≥8.0 m3)4種類型。該分類可以較好地反映試驗(yàn)系統(tǒng)的規(guī)模、研發(fā)周期、費(fèi)用、模型制作及使用率等主要問(wèn)題。

2)中小型試驗(yàn)系統(tǒng)具有研發(fā)周期短、費(fèi)用低、使用方便、利用率高、更易精致化、加載控制更精確與量測(cè)更精細(xì)等優(yōu)點(diǎn)，因此，建議新系統(tǒng)建設(shè)中將其作為一個(gè)主要的比選方案。

3)隨著透明巖土試驗(yàn)技術(shù)的發(fā)展，結(jié)合非接觸數(shù)字照相變形量測(cè)方法與3D打印技術(shù)，可實(shí)現(xiàn)模型內(nèi)部全域變形的直接精細(xì)量測(cè)與全面可視化，透明巖土試驗(yàn)有望成為隧道物理模擬試驗(yàn)系統(tǒng)發(fā)展的一個(gè)新方向。

[1] 洪開(kāi)榮. 我國(guó)隧道及地下工程近兩年的發(fā)展與展望[J]. 隧道建設(shè)， 2017， 37(2)： 123.

HONG Kairong. Development and prospects of tunnels and underground works in China in recent two years[J]. Tunnel Construction， 2017， 37(2): 123.

[2] 洪開(kāi)榮. 我國(guó)隧道及地下工程發(fā)展與展望[J]. 隧道建設(shè)， 2015， 35(2)： 95.

HONG Kairong. State-of-art and prospect of tunnels and underground works in China[J]. Tunnel Construction， 2015， 35(2): 95.

[3] 王夢(mèng)恕. 中國(guó)盾構(gòu)和掘進(jìn)機(jī)隧道技術(shù)現(xiàn)狀、存在的問(wèn)題及發(fā)展思路[J]. 隧道建設(shè)， 2014， 34(3)： 179.

WANG Mengshu. Tunneling by TBM/shield in China: State-of-art， problems and proposals[J]. Tunnel Construction， 2014， 34(3): 179.

[4] 馬建， 孫守增， 趙文義， 等. 中國(guó)隧道工程學(xué)術(shù)研究綜述·2015[J]. 中國(guó)公路學(xué)報(bào)， 2015， 28(5): 1.

MA Jian， SUN Shouzeng， ZHAO Wenyi， et al. Review on China′s tunnel engineering research: 2015[J]. China Journal of Highway and Transport， 2015， 28(5): 1.

[5] 何川， 封坤， 方勇. 盾構(gòu)法修建地鐵隧道的技術(shù)現(xiàn)狀與展望[J]. 西南交通大學(xué)學(xué)報(bào)， 2015， 50(1): 97.

HE Chuan， FENG Kun， FANG Yong. Review and prospects on constructing technologies of metro tunnels using shield tunneling method[J]. Journal of Southwest Jiaotong University， 2015， 50(1): 97.

[6] 鄧濤， 魏雯， 關(guān)振長(zhǎng)， 等. 山嶺隧道振動(dòng)臺(tái)模型試驗(yàn)研究的現(xiàn)狀與展望[J]. 路基工程， 2015(3)： 1.

DENG Tao， WEI Wen， GUAN Zhenchang， et al. Research status and outlook of shaking table model test for mountain tunnel[J]. Subgrade Engineering， 2015(3): 1.

[7] 葉飛， 何川， 王士民. 淺析盾構(gòu)隧道模型試驗(yàn)的現(xiàn)狀與發(fā)展[J]. 現(xiàn)代隧道技術(shù)， 2011， 48(1): 66.

YE Fei， HE Chuan， WANG Shimin. Discussion on present situation and development of model test of shield tunneling[J]. Modern Tunnelling Technology， 2011， 48(1): 66.

[8] 李元海， 林志斌. 透明巖體相似物理模擬試驗(yàn)新方法研究[J]. 巖土工程學(xué)報(bào)， 2015， 37(11)： 2030.

LI Yuanhai， LIN Zhibin. Innovative experimental method based on development of transparent rock mass materials for physical tests[J]. Chinese Journal of Geotechnical Engineering， 2015， 37(11): 2030.

[9] 李浪， 戎曉力， 王明洋， 等. 深長(zhǎng)隧道突水地質(zhì)災(zāi)害三維模型試驗(yàn)系統(tǒng)研制及其應(yīng)用[J]. 巖石力學(xué)與工程學(xué)報(bào)， 2016， 35(3)： 491.

LI Lang， RONG Xiaoli， WANG Mingyang， et al. Development and application of 3D model test system for water inrush geohazards in long and deep tunnels[J]. Chinese Journal of Rock Mechanics and Engineering， 2016， 35(3): 491.

[10] 陳安敏， 顧金才， 沈俊， 等. 地質(zhì)力學(xué)模型試驗(yàn)技術(shù)應(yīng)用研究[J]. 巖石力學(xué)與工程學(xué)報(bào)， 2004， 23(22)： 3785.

CHEN Anmin， GU Jincai， SHEN Jun， et al. Application study of the geomechanical model experiment techniques[J]. Chinese Journal of Rock Mechanics and Engineering， 2004， 23(22): 3785.

[11] 蘇海健. 深埋節(jié)理巖體滲流演化機(jī)理及工程應(yīng)用[D]. 徐州: 中國(guó)礦業(yè)大學(xué)， 2015.

SU Haijian. Seepage evolution mechanism of deep buried jointed rock mass and its engineering application[D]. Xuzhou: China University of Mining and Technology， 2015.

[12] 周飛， 謝永利， 來(lái)弘鵬， 等. 雙洞效應(yīng)的黃土公路隧道變形影響離心模型試驗(yàn)[J]. 地下空間與工程學(xué)報(bào)， 2016， 12(2)： 306.

ZHOU Fei， XIE Yongli， LAI Hongpeng， et al. Centrifuge model test on deformation influence of loess road tunnel based on double-hole effect[J]. Chinese Journal of Underground Space and Engineering， 2016， 12(2)： 306.

[13] AHMED M， ISKANDER M. Evalution of tunnel face stability by transparent soil models[J]. Tunnelling and Underground Space Technology， 2012， 27(1): 101.

[14] STANDING J R， LAU C. Small-scale model for investing tunnel lining deformations[J]. Tunnelling and Underground Space Technology， 2017, 68: 130.

[15] ANIRBAN D， ALBERTO N M， THOMAS F Z. Numerical and physical modeling of geofoam barriers as protection against effects of surface blast on underground tunnels[J]. Geotextiles and Geomembranes， 2016， 44(1): 1.

[16] 張強(qiáng)勇， 陳旭光， 林波， 等. 高地應(yīng)力真三維加載模型試驗(yàn)系統(tǒng)的研制及其應(yīng)用[J]. 巖土工程學(xué)報(bào)， 2010， 32(10)： 1588.

ZHANG Qiangyong， CHEN Xuguang， LIN Bo， et al. Development and application of high-geostress true 3D loading geomechanics model test system[J]. Chinese Journal of Geotechnical Engineering， 2010， 32(10): 1588.

[17] 凌昊， 仇文革， 孫兵， 等. 雙孔盾構(gòu)隧道近接施工離心模型試驗(yàn)研究[J]. 巖土力學(xué)， 2010， 31(9)： 2849.

LING Hao， QIU Wenge， SUN Bin， et al. Study of adjacent construction of two tube shield tunnels by centrifugal model test[J]. Rock and Soil Mechanics， 2010， 31(9)： 2849.

[18] 馬立秋. 爆炸荷載下城市淺埋隧道動(dòng)力離心模型試驗(yàn)和數(shù)值研究[D]. 北京: 清華大學(xué)， 2010.

MA Liqiu. Centrifugal modeling and numerical research for urban shallow-buried tunnel under blasting[D]. Beijing: Tsinghua University， 2010.

[19] 陳陸望. 物理模型試驗(yàn)技術(shù)研究及其在巖土工程中的應(yīng)用[D]. 武漢: 中國(guó)科學(xué)院武漢巖土力學(xué)研究所， 2006.

CHEN Luwang. A study of physical model-test technology and application in geotechnical engineering[D]. Wuhan: Wuhan Institute of Rock and Soil Mechanics, Chinese Academy of Sciences， 2006.

[20] 姜耀東， 劉文崗， 趙毅鑫. 一種新型真三軸巷道模型試驗(yàn)臺(tái)的研制[J]. 巖石力學(xué)與工程學(xué)報(bào)， 2004， 23(21)： 3727.

JIANG Yaodong， LIU Wengang， ZHAO Yixin. Design and development of a new type of triaxial system for roadway model test[J]. Chinese Journal of Rock Mechanics and Engineering， 2004， 23(21): 3727.

[21] 李英杰， 張頂立， 宋義敏， 等. 軟弱破碎深埋隧道圍巖漸進(jìn)性破壞試驗(yàn)研究[J]. 巖石力學(xué)與工程學(xué)報(bào)， 2012， 31(6)： 1138.

LI Yingjie， ZHANG Dingli， SONG Yimin， et al. Experimental research of progressive damage of surrounding rock for soft fractured deep tunnel[J]. Chinese Journal of Rock Mechanics and Engineering， 2012， 31(6): 1138.

[22] 安建永， 項(xiàng)彥勇， 賈永州. 既有建筑箱基荷載對(duì)鄰近淺埋隧道開(kāi)挖效應(yīng)影響的模型試驗(yàn)研究[J]. 中國(guó)鐵道科學(xué)， 2014， 35(4): 65.

AN Jianyong， XIANG Yanyong， JIA Yongzhou. Modeling experimental study of the influnece of pre-existing building box foundation load on the effect of adjacent shallow buried tunnel excavation[J]. China Railway Science， 2014， 35(4): 65.

[23] 李元海， 靖洪文， 陳坤福， 等. 深部隧道框架式真三軸物理試驗(yàn)系統(tǒng)研制與應(yīng)用[J]. 巖土工程力學(xué)， 2016， 38(1)： 43.

LI Yuanhai， JING Hongwen， CHEN Kunfu， et al. Development and applications of physical model test system with true triaxial loading unit for deep tunnels or roadways[J]. Chinese Journal of Geotechnical Engineering， 2016， 38(1): 43.

[24] 趙宇松， 高永濤， 宋偉超. 高地應(yīng)力硬巖下雙孔并行隧道相似模型試驗(yàn)及數(shù)值模擬[J]. 工程科學(xué)學(xué)報(bào)， 2017， 39(5): 786.

ZHAO Yusong， GAO Yongtao， SONG Weichao. Similarity model test and numerical simulation of double parallel-tunnel excavation in hard rock under high ground-stress conditions[J]. Chinese Journal of Engineering， 2017， 39(5): 786.

[25] 李從安， 李波， 王志鵬， 等. 新建隧洞下穿既有隧道離心模型試驗(yàn)研究[J]. 中國(guó)水利水電科學(xué)研究院學(xué)報(bào)， 2017， 15(4): 286.

LI Cong′an， LI Bo， WANG Zhipeng， et al. Centrifuge modeling on the effects of shield tunnel crossing below the existing tunnels[J]. Journal of China Institute of Water Resources and Hydropower Research， 2017， 15(4): 286.

[26] KIANI M， AKHLAGHI T， GHALANDARZADEH A. Experimental modeling of segmental shallow tunnels in alluvial affected by normal faults[J]. Tunnelling and Underground Space Technology, 2016, 51: 108.

[27] CHEN Hanmei， YU Haisui， MARTIN J S. Physical model tests and numerical simulation for assessing the stability of brick-lined tunnels[J]. Tunnelling and Underground Space Technology, 2016, 53: 109.

[28] 張強(qiáng)勇， 向文， 張?jiān)溃?等. 超高壓智能數(shù)控真三維加載模型試驗(yàn)系統(tǒng)的研制及應(yīng)用[J]. 巖石力學(xué)與工程學(xué)報(bào)， 2016， 35(8)： 1628.

ZHANG Qiangyong， XIANG Wen， ZHANG Yue， et al. Development and application of ultra high pressure 3D loading model test system with intelligent numerical control function[J]. Chinese Journal of Rock Mechanics and Engineering， 2016， 35(8): 1628.

[29] 趙明階， 敖建華， 劉緒華， 等. 巖溶尺寸對(duì)隧道圍巖穩(wěn)定性影響的模型試驗(yàn)研究[J]. 巖石力學(xué)與工程學(xué)報(bào)， 2004， 23(2): 213.

ZHAO Mingjie， AO Jianhua， LIU Xuhua， et al. Model testing research on influence of karst cave size on stability of surrounding rockcmass during tunnel construction[J]. Chinese Journal of Rock Mechanics and Engineering， 2004， 23(2): 213.

[30] 齊春， 何川， 封坤， 等. 泥水平衡式盾構(gòu)模擬試驗(yàn)系統(tǒng)的研制與應(yīng)用[J]. 巖土工程學(xué)報(bào)， 2016， 38(11)： 1999.

QI Chun， HE Chuan， FENG Kun， et al. Development and application of simulation test system for slurry balance shield[J]. Chinese Journal of Geotechnical Engineering， 2016， 38(11): 1999.

[31] 金威， 丁文其， 徐前衛(wèi)， 等. 軟弱圍巖特大跨度隧道模型試驗(yàn)技術(shù)及應(yīng)用[J]. 現(xiàn)代隧道技術(shù)， 2014， 51(5)： 99.

JIN Wei， DING Wenqi， XU Qianwei， et al. Model-testing technology for an extra-large span tunnel in soft rock[J]. Modern Tunnelling Technology， 2014， 51(5): 99.

[32] 楊立云， 楊仁樹(shù)， 馬佳輝， 等. 大型深部礦井建設(shè)模型試驗(yàn)系統(tǒng)研制[J]. 巖石力學(xué)與工程學(xué)報(bào)， 2014， 33(7)： 1424.

YANG Liyun， YANG Renshu， MA Jiahui， et al. Development of a model test system for deep mine construction[J]. Chinese Journal of Rock Mechanics and Engineering， 2014， 33(7): 1424.

[33] 李術(shù)才， 宋曙光， 李利平， 等. 海底隧道流固耦合模型試驗(yàn)系統(tǒng)的研制及應(yīng)用[J]. 巖石力學(xué)與工程學(xué)報(bào)， 2013， 32(5)： 883.

LI Shucai， SONG Shuguang， LI Liping， et al. Development of subsea tunnel model test system for solid-fluid coupling and its application[J].Chinese Journal of Rock Mechanics and Engineering， 2013， 32(5): 883.

[34] 朱合華， 徐前衛(wèi)， 廖少明， 等. 土壓平衡盾構(gòu)法施工參數(shù)的模型試驗(yàn)研究[J]. 巖土工程學(xué)報(bào)， 2006， 28(5)： 553.

ZHU Hehua， XU Qianwei， LIAO Shaoming， et al. Experimental study of working parameters of EPB shield machine[J]. Chinese Journal of Geotechnical Engineering， 2006， 28(5): 553.

[35] 金大龍， 袁大軍， 韋家昕， 等. 小凈距隧道群下穿既有運(yùn)營(yíng)隧道離心模型試驗(yàn)研究[J/OL]. 巖土工程學(xué)報(bào)， 2017-09-05[2017-10-23]. http://kns.cnki.net/kcms/detail/32.1124.TU.20170905.1626.002.html.

JIN Dalong， YUAN Dajun， WEI Jiaxin， et al. Study of centrifuge model test of group tunneling with small spacing beneath existing tunnel[J/OL]. Chinese Journal of Geotechnical Engineering， 2017-09-05[2017-10-23]. http://kns.cnki.net/kcms/detail/32.1124.TU.20170905.1626.002.html.

[36] 陳旭光， 張強(qiáng)勇， 劉德軍， 等. 高地應(yīng)力深部巷道開(kāi)挖錨固特性的三維地質(zhì)力學(xué)模型試驗(yàn)研究[J]. 土木工程學(xué)報(bào)， 2011， 44(9)： 107.

CHEN Xuguang， ZHANG Qiangyong， LIU Dejun， et al. A 3D geomechanics model test study of the anchoring character for deep tunnel excavations[J]. China Civil Engineering Journal， 2011， 44(9): 107.

[37] 房倩， 張頂立， 王毅遠(yuǎn)， 等. 圓形洞室圍巖破壞模式模型試驗(yàn)研究[J]. 巖石力學(xué)與工程學(xué)報(bào)， 2011， 30(3)： 564.

FANG Qian， ZHANG Dingli， WANG Yiyuan， et al. Model test study of failure modes of surrounding rock for circular caverns[J]. Chinese Journal of Rock Mechanics and Engineering， 2011， 30(3): 564.

[38] 張強(qiáng)勇， 李術(shù)才， 尤春安， 等. 新型組合式三維地質(zhì)力學(xué)模型試驗(yàn)臺(tái)架裝置的研制及應(yīng)用[J]. 巖石力學(xué)與工程學(xué)報(bào)， 2007， 26(1)： 143.

ZHANG Qiangyong， LI Shucai， YOU Chun′an， et al. Development and application of new type combination 3D geomechanical model test rack apparatus[J]. Chinese Journal of Rock Mechanics and Engineering， 2007， 26(1): 143.

[39] 胡國(guó)良. 盾構(gòu)模擬試驗(yàn)平臺(tái)電液控制系統(tǒng)關(guān)鍵技術(shù)研究[D]. 杭州： 浙江大學(xué)， 2006.

HU Guoliang. Research on electro-hydraulic control system for a shield simulation test platform[D]. Hangzhou: Zhejiang University， 2006.

[40] 何川， 李訊， 江英超， 等. 黃土地層盾構(gòu)隧道施工的掘進(jìn)試驗(yàn)研究[J]. 巖石力學(xué)與工程學(xué)報(bào)， 2013， 32(9)： 1736.

HE Chuan， LI Xun， JIANG Yingchao， et al. Laboratory test on shield tunneling in loess strata[J]. Chinese Journal of Rock Mechanics and Engineering， 2013， 32(9): 1736.

[41] 李利平， 李術(shù)才， 趙勇， 等. 超大斷面隧道軟弱破碎圍巖漸進(jìn)破壞過(guò)程三維地質(zhì)力學(xué)模型試驗(yàn)研究[J]. 巖石力學(xué)與工程學(xué)報(bào)， 2012， 31(3)： 550.

LI Liping， LI Shucai， ZHAO Yong， et al. 3D geomechanical model for progressive failure progress of weak broken surrounding rock in super large section tunnel[J]. Chinese Journal of Rock Mechanics and Engineering， 2012， 31(3): 550.

[42] 蔣昱州， 王瑞紅， 朱杰兵， 等. 伍家崗大橋隧道錨三維地質(zhì)力學(xué)模型試驗(yàn)研究[J]. 巖石力學(xué)與工程學(xué)報(bào)， 2017， 35(增刊2)： 4103.

JIANG Yuzhou， WANG Ruihong， ZHU Jiebing， et al. Geomechanical model test on global stability for Wujiagang Bridge tunnel-type anchorages[J]. Chinese Journal of Rock Mechanics and Engineering， 2017， 35(S2): 4103.

[43] 李錚， 何川， 楊賽舟， 等. 不考慮開(kāi)挖擾動(dòng)影響的隧道涌水量預(yù)測(cè)模型試驗(yàn)研究[J]. 巖石力學(xué)與工程學(xué)報(bào)， 2016， 35(12)： 2499.

LI Zheng， HE Chuan， YANG Saizhou， et al. Experimental study of tunnel inflow without considering the influence of excavation disturbance[J]. Chinese Journal of Rock Mechanics and Engineering， 2016， 35(12): 2499.

[44] 張慶松， 王德明， 李術(shù)才， 等. 斷層破碎帶隧道突水突泥模型試驗(yàn)系統(tǒng)研制與應(yīng)用[J]. 巖土工程學(xué)報(bào)， 2017， 39(3)： 417.

ZHANG Qingsong， WANG Deming， LI Shucai， et al. Development and application of model test system for inrush of water and mud of tunnel in fault rupture zone[J]. Chinese Journal of Geotechnical Engineering， 2017， 39(3): 417.

[45] 李術(shù)才， 王德超， 王琦， 等. 深部厚頂煤巷道大型地質(zhì)力學(xué)模型試驗(yàn)系統(tǒng)研制與應(yīng)用[J]. 煤炭學(xué)報(bào)， 2013， 38(9)： 1522.

LI Shucai， WANG Dechao， WANG Qi， et al. Development and application of large-scale geomechanical model test system for deep thick top coal roadway[J]. Journal of China Coal Society， 2013， 38(9): 1522.

[46] 李樹(shù)忱， 馬騰飛， 將宇靜， 等. 深部多裂隙巖體開(kāi)挖變形破壞規(guī)律模型試驗(yàn)研究[J]. 巖土工程學(xué)報(bào)， 2016， 38(6)： 987.

LI Shuchen， MA Tengfei， JIANG Yujing， et al. Model tests on deformation and failure laws in excavation of deep rock mass with multiple fracture sets[J]. Chinese Journal of Geotechnical Engineering， 2016， 38(6): 987.

[47] 李為騰， 李術(shù)才， 王琦， 等. 深部厚頂煤巷道圍巖變形破壞機(jī)制模型試驗(yàn)研究[J]. 巖土力學(xué)， 2013， 34(10)： 2847.

LI Weiteng， LI Shucai， WANG Qi， et al. Model test study of surrounding rock deformation and failure mechanism of deep roadway with thick top coal[J]. Rock and Soil Mechanics， 2013， 34(10): 2847.

[48] 林志斌， 李元海， 高文藝， 等. 基于透明巖體的深埋軟巖巷道變形破裂規(guī)律研究[J]. 采礦與安全工程學(xué)報(bào)， 2015， 32(4)： 585.

LIN Zhibin， LI Yuanhai， GAO Wenyi， et al. Study of deformation and cracking laws around deep soft roadway based on the transparent rock[J]. Jounal of Mining & Safety Engineering， 2015， 32(4): 585.

[49] 譚忠盛， 曾超， 李健， 等. 海底隧道支護(hù)結(jié)構(gòu)受力特征的模型試驗(yàn)研究[J]. 土木工程學(xué)報(bào)， 2011， 44(11)： 99.

TAN Zhongsheng， ZENG Chao， LI Jian， et al. Model test investigation on the mechanical characteristics of support structure of subsea tunnels[J]. China Civil Engineering Journal， 2011， 44(11): 99.

[50] 劉泉聲， 雷廣峰， 肖龍鴿， 等. 十字巖柱法隧道開(kāi)挖地質(zhì)力學(xué)模型試驗(yàn)研究[J]. 巖石力學(xué)與工程學(xué)報(bào)， 2016， 35(5)： 920.

LIU Quansheng， LEI Guangfeng， XIAO Longge， et al. Geomechanical model test on the tunnel excavation with cross rock pillar method[J]. Chinese Journal of Rock Mechanics and Engineering， 2016， 35(5): 920.

[51] 何川， 封坤， 楊雄. 南京長(zhǎng)江隧道超大斷面管片襯砌結(jié)構(gòu)體的相似模型試驗(yàn)研究[J]. 巖石力學(xué)與工程學(xué)報(bào)， 2007， 26(11)： 2260.

HE Chuan， FENG Kun， YANG Xiong. Model test on segmental lining of Nanjing Yangtze River tunnel with super-large cross-section[J]. Chinese Journal of Rock Mechanics and Engineering， 2007， 26(11): 2260.

[52] 郭璇， 張鴻儒， 蒙蛟， 等. 軟弱圍巖隧道管棚預(yù)支護(hù)開(kāi)挖土壓分布模型試驗(yàn)[J]. 巖石力學(xué)與工程學(xué)報(bào)， 2016， 35(6)： 1214.

GUO Xuan， ZHANG Hongru， MENG Jiao， et al. Model test to earth pressure distribution on pipe roof of tunnels as pre-supporting system in weak surrounding rock[J]. Chinese Journal of Rock Mechanics and Engineering， 2016， 35(6): 1214.

[53] 李天斌， 王湘鋒， 孟陸波. 巖爆的相似材料物理模擬研究[J]. 巖石力學(xué)與工程學(xué)報(bào)， 2011， 30(增刊1)： 2610.

LI Tianbin， WANG Xiangfeng， MENG Lubo. Physical simulation study of similar materials for rockburst[J]. Chinese Journal of Rock Mechanics and Engineering， 2011， 30(S1)： 2610.

[54] 徐前衛(wèi)， 程盼盼， 朱合華， 等. 跨斷層隧道圍巖漸進(jìn)性破壞模型試驗(yàn)及數(shù)值模擬[J]. 巖石力學(xué)與工程學(xué)報(bào)， 2016， 35(3)： 433.

XU Qianwei， CHENG Panpan， ZHU Hehua， et al. Experimental study and numerical simulation of progressive failure characteristics of fault-crossing tunnel surrounding rock[J]. Chinese Journal of Rock Mechanics and Engineering， 2016， 35(3)： 433.

[55] 胡指南， 張宏光， 謝永利， 等. 超長(zhǎng)沉管隧道大型模型試驗(yàn)設(shè)計(jì)與應(yīng)用[J]. 現(xiàn)代隧道技術(shù)， 2014， 51(6)： 123.

HU Zhinan， ZHANG Hongguang， XIE Yongli， et al. The design and application of a large-scale model test for a super-long immersed tunnel[J]. Modern Tunnelling Technology， 2014， 51(6)： 123.

[56] 臧宏陽(yáng)， 王非. 盾構(gòu)隧道施工時(shí)地層沉降模型試驗(yàn)研究[J]. 地下空間與工程學(xué)報(bào)， 2015， 11(3): 568.

ZANG Hongyang， WANG Fei. Large-scale physical modeling on the ground settlement induced by shield tunneling[J]. Chinese Journal of Underground Space and Engineering， 2015， 11(3): 568.

[57] 何川， 蘇宗賢， 曾東洋. 地鐵盾構(gòu)隧道重疊下穿施工對(duì)上方已建隧道的影響[J]. 土木工程學(xué)報(bào)， 2008， 41(3)： 91.

HE Chuan， SU Zongxian， ZENG Dongyang. Influence of metro shield tunneling on existing tunnel directly above[J]. China Civil Engineering Journal， 2008， 41(3): 91.

[58] 韓立忠. 地鐵越江隧道地基沉降的離心模型試驗(yàn)分析[J]. 地下工程與隧道， 2005(3)： 13.

HAN Lizhong. Centrifuge model test and analysis of foundation settlement of river-crossing metro tunnel[J]. Underground Engineering and Tunnels， 2005(3): 13.